1. Fsica 2 Entropia e a Segunda Lei da Termodinmica Prof. Dr. Walmor Cardoso Godoi Departamento de Fsica - DAFIS Universidade Tecnolgica Federal do Paran - UTFPR

2. Exemplo comumQQ Enunciado de Clausius - O calor no pode fluir, de forma espontnea, de um corpo de temperatura menor, para um outro corpo de temperatura mais alta.Esse processo no acontece, emb ora obedece a 1 lei da termodinmica 3. Processos unidirecionais irreversveis, seta do tempo ... 4. Processos Irreversveis e Entropia Todos os processos irreversveis em um sistema fechado so acompanhados por aumento da entropia. Definindo a variao de entropia: 1. Temperatura e energia do sistema 2. Formas de distribuio de tomos ou molculas 5. Variao de EntropiaProcesso irreversvelPresso e volume so propriedades de estado. Adicionando + uma propriedade de estado: EntropiaUnidade: J/K 6. Variao de Entropia Processo reversvel 7. A Entropia como uma Funo de Estado Entropia: propriedade do estado do sistema no depende do modo como esse estado atingidoVlido para qualquer processo reversvel 8. A 2 Lei da Termodinmica Processo reversvelSentido inverso: Podemos voltar (a) acrescentando algumas esferas e retirando calor (sistema aberto)Para um sistema fechado : gs + fonte de calor 9. A 2 Lei da Termodinmica Se um processo ocorre em um sistema fechado, a entropia do sistema aumenta se o processo for irreversvel e permanece constante se o processo for reversvel. 10. Fora Associada Entropia Borracha 11. Mquinas TrmicasMquina trmica: Extrai energia do meio ambiente na forma de calor para realizar trabalho til Utiliza substncia de trabalho operando em ciclos (gua, por exemplo) 12. Mquinas Trmicas 13. Mquinas Trmicas Ciclo de Carnot Mquina trmica ideal Processo reversvel Transferncia de energia realizada sem perdas por atrito e turbulncia 14. Ciclo de Carnot 15. Mquinas Trmicas Ciclo de Carnot 16. Mquinas Trmicas Ciclo de Carnot 17. Mquinas Trmicas Ciclo de Carnot Trabalho lquido Variaes de Entropia 18. Mquinas Trmicas Eficincia de uma Mquina de Carnot: trabalho realizado por ciclo (Eficincia qualquer mquina trmica) 19. Mquinas Trmicas Enunciado de Kelvin impossvel a construo de um dispositivo que, por si s, isto , sem interveno do meio exterior, consiga transformar integralmente em trabalho o calor absorvido de uma fonte a uma dada temperatura uniforme. IMPOSSVEL 20. Alguns dados EquipamentoDadoAquecedores de gua a Gs - Tipo Instantneo80 % rendimento energticoSistemas e Equipamentos para AQUECIMENTO SOLAR DE GUA55 % rendimento energticoCarros leves1,45 at 2,00 MJ/km (25 % eficincia)Usina nuclear40 % eficincia energticaUsina trmica135 % eficincia energticaMelhores placas solares comercializadas do 16 % eficincia converso mundo Usina hidreltrica 95 % eficincia energtica Fontes: Halliday & Resnick Fsica Vol. 2 1 2009, mdia mundial segundo ABB http://www.abb.com.br/industries/pt/9AAC171190.aspx Inmetro http://www.inmetro.gov.br/consumidor/tabelas.asp http://www.inee.org.br/ 21. Fonte: Privatizao e eficincia das usinas hidreltricas brasileiras Econ. Apl. vol.9 no.3 Ribeiro Preto July./Sept. 2005 22. Mquinas Trmicas Mquina de Stirling Robert Stirling, 1816 Ao invs de processo adiabtico (Carnot), processo a isocrico (v=cte) Ignorada, mas possui aplicaes hoje 23. Exemplo 1: Uma mquina de Carnot opera entre temperaturas TQ= 850 K e TF=300 K. A mquina realiza 1200 J de trabalho em cada ciclo, que leva 0,25 s. a) Qual a eficincia da mquina b) Qual a potncia mdia da mquina 24. c) Qual a energia |QQ| extrada na forma de calor da fonte quente a cada ciclo d) Qual a energia |QF| liberada na forma de calor para a fonte fria a cada ciclo 25. e) De quanto varia a entropia da substncia de trabalho devido energia recebida da fonte quente e devido energia cedida a fonte fria 26. Ciclo Otto 27. Ciclo OttoEngenheiro alemo Nikolaus Otto em 1876 28. Mquinas Trmicas Ciclo Otto 29. Mquinas Trmicas Ciclo Diesel Patente em 1893, ao engenheiro alemo Rudolf Diesel Motor a gasolina funciona com a taxa de compresso que varia de 8:1 a 12:1, no motor diesel de 15:1 a 25:1. Enquanto o motor a gasolina admite (admisso - 1 tempo) a mistura ar/combustvel para o cilindro, o motor Diesel aspira (aspirao 1 tempo) apenas ar. A ignio dos motores a gasolina d-se a partir de uma fasca eltrica fornecida pela vela de ignio antes da mxima compresso na cmara de exploso (> a 400C). J no motor Diesel a combusto ocorre quando o combustvel injetado e imediatamente inflamado pelas elevadas temperaturas (> a 600C) a compresso na cmara de combusto 30. Refrigeradores Dispositivo que utiliza trabalho para transferir energia de uma fonte fria para uma fonte quente por processos cclicos Refrigerador ideal Todos os processos ocorrem sem perdas (refrigerador de Carnot) 31. Eficincia refrigerador (Coeficiente de Desempenho)Ar-condicionado (K = 2,5) e geladeiras domsticas (K = 5) 32. Refrigeradores GeladeiraAntigamente -> 33. Refrigeradores Condicionador de ar 34. A Eficincia de Mquinas Trmicas Reais 35. Viso Estatstica da Entropia